Основы конструирования машин. Основы теории конструирования машин

Котлован разрабатывается ярусами. При этом внизу оставляется защитный и предохранительный слои. Защитный слой разрабатывается только с применением перфораторов или с применением шпуровых зарядов. Предохранительный слой толщиной 0,4-0,5 метров разрабатывается комбинированным способом – электротермомеханическим способом . Поверхность скального грунта облучается излучателями или инфракрасными лучами. В результате чего верхний слой нагревается и трескается (за счет разности температур). После этого небольшими бульдозерами скала убирается послойно.

Сущность направленного взрыва.

При направленном взрыве при помощи вспомогательного заряда создается искусственное обнажение поверхности, в результате чего, при взрыве основного заряда весь разлет грунта происходит по линии наименьшего сопротивления. При этом вспомогательный заряд взрывается с опережением на несколько микросекунд.

Основы конструирования машин

Вступление. Основные механизмы. Требования при конструировании, работоспособность и расчет узлов и деталей машин. Изготовление. Материалы

1.1.Вступление. Курс основ конструирования машин является первым расчетно конструкторским курсом, в котором изучаются основы проектирования машин и механизмов.

Машина - сочетание механизмов.

Деталь - часть машины, которая изготовляется без зборочных операций.

Узел - законченная сборочная операция.

1.2.Основные механизмы. В качестве основных механизмов, изучаемых в основах констуирования машин, являются плоские и пространственные эвольвентные зубчатые механизмы, зубчатыми механизмы Новикова, фрикционные, ременные и цепные механизмы. Тип механизма, а следовательно, и метод его расчета выбирают в соответствии с назначением механизма, режимом и условиями его роботы.

1.3.Требования при конструировании, работоспособность и расчет узлов и деталей машин.

Любая конструкция оценивается ее совершенством. Совершенство, в свою очередь, оценивается работоспособностью – узла, либо детали и экономичностью. Под работоспособностью понимается выполнения определенных функций в течении указанного срока службы без поломок и внеплановых ремонтов.

Экономичность определяется стоимостью материала, затратами на производство и эксплуатацию.

1.4.Основные критерии работоспособности и расчета деталей машин – прочность, жесткость, износостойкость, коррозионная стойкость, теплостойкость, виброустойчивост.

Прочность – главный критерий работоспособности для большинства деталей. Различают поломки деталей вследствие потери статической или усталостной прочности.

Жесткость – один из критериев расчета. Расчет на жесткость предусматривает ограничение упругих деформаций деталей в пределах, допустимых для конкретных условий работы. Нормы жесткость устанавливаются практикой эксплуатации и расчетами.

Износ – результат наличия контактных напряжений или напряжений смятия при наличии скольжения и отсутствия жидкостного трения. По данным статистики в современных условиях 80-90% машин и механизмов выходят из строя в результате изнашивания и только 10-20%- по другим причинам.

Коррозия – процесс постоянного разрушения поверхностных слоев метала в результате окисления. Ежегодно из – за коррозии теряется до 10% выплавляемых металлов.

Теплостойкость – связана с нагревом деталей машин, в связи с тем производится расчет с целью выявления влияния нагрева машины на ее работу.

Виброустойчивость - связаны с расчетами колебаний, которые вызывают дополнительные переменные напряжения и снижают качество роботы машин и механизмов вследствие вибрации.

1.5.Особености расчетов деталей машин.

В инженерных расчетах, как правило, реальные конструкции заменяют идеализированными моделями или расчетными схемами, называемыми расчетными моделями. При этом расчет становится приближенным. В таких случаях обычно вводятся допущения и упрощающие предположения. Неточность расчетов на прочность компенсируют в основном за счет запасов прочности.

В инженерной практике встречаются два вида расчетов: проектный и проверочный .

Проектный расчет – упрошенный расчет, выполняемый в целях определения размеров проектируемой конструкции.

Проверочный расчет – уточненный расчет известной конструкции, выполняемой в целях проверки ее прочности или определения норм нагрузки.

1.6.Изготовление и материалы. Зубья зубчатых колес изготавливаются, как правило, путем нарезания. Кроме того, зубья изготавливаются протягивания, холодной и горячей штамповкой, прессования и литьем под давлением. Далее будет более подробно освещен данный вопрос.

При изготовлении деталей и узлов машин используются самые различные материалы, к которым относятся черные металлы (чугун, сталь) ; цветныеметаллы (медь, цинк, свинец, олово, алюминий и некоторые другие); неметаллические материалы (дерево, резина, кожа, асбест, металлокерамика и т. д); пластмассы (материалы на основе высокомолекулярных соединений) , для которых характерны легкость, прочность, тепло- и электроизоляция, стойкость против действия агрессивных сред, фрикционность или антифрикционость и т.р.

Понятия машинного агрегата

Введение

Машина – устройство предназначенное для выполнения требуемой полезной работы, связанной с процессом производства или же с преобразованием энергии или информации.

Механизм - система подвижных соединений тел предназначенных для преобразования движения.

По характеру рабочего процесса и назначения машины делятся на четыре класса:

Первый класс - машины-двигатели, преобразующие виды энергии в механическую (ДВС, турбины и т.п.).

Второй класс - машины преобразователи, преобразующие механическую энергию, полученную от машины двигателя в другой вид (электромашина-генератор тока).

Третий класс – машины орудия (рабочие машины) для технологических процессов, связанных с изменением форм, свойств материалы

Четвертый класс - транспортирующие машины (автомобили, тракторы, конвейеры, подъемные краны и т.п.)

Отдельную группу составляют машины-автоматы, которые без участия человека выполняют все рабочие ми вспомогательные операции технологического процесса.

Машина состоит из деталей.

Деталь - такая часть машины, которую изготавливают без сборочных операций.

По назначению детали условно делятся:

Детали соединений (болты, винты, шестерни, звездочки, шкивы. Валы и муфты и т.п.)

Детали установочные сборочных единиц (картеры, корпуса и др.).

Узел представляет законченную сборочную единицу, состоящую из ряда деталей, имеющих общее функциональное назначение.

Сборочная единица - изделие, состоящее из нескольких деталей, соединенных между собой с помощью сборочных или монтажных операций и имеющих общее функциональное назначение (подшипник, редуктор и др.)

Изучение взаимодействия этих деталей, критериев их работоспособности, выбор материалов - основа курса «Детали машин».

Во второй части курса «Основы конструирования» изучаются рациональные принципы и приемы расчета и конструирования, как отдельных деталей, узлов так и машины в целом.

Конструирование это творческий процесс, в результате которого из различных бесполезных деталей получается полезная машина или механизм необходимый людям.

К какой же конструкции машины необходимо стремиться? В связи с этим интересны требования высказанные конструктором самолетов Яковлевым.

Машина должна соответствовать пяти принципам- быть полезной, прочной, простой, понятной, приятной. И в хорошей конструкции всегда можно найти в той или иной мере выражение отмеченных принципов. В самолете, Эйфелевой, телевизионной Останкинской башне можно обнаружить привлекательность пол форме, рациональность геометрических соотношений в сочетании с законами сопромата т.п.

Основные критерии работоспособности и расчета деталей машин – прочность, жесткость, износостойкость, коррозийная стойкость, теплостойкость, виброустойчивость.

Прочность способность детали сопротивляться разрушению или возникновению недопустимых пластических деформаций. Прочность бывает статическая и усталостная.

Жесткость – способность детали сохранять форму и размеры под нагрузкой.

Износостойкость – свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию.

Изнашивание – процесс постепенного изменения размеров детали в результате трения.

Коррозионная стойкость – способность сопротивляться влиянию коррозии.

Коррозия – процесс постоянного разрушения поверхностных слоев материала в результате окисления.

Теплостойкость – способность детали работать в диапазоне заданных температур в течение заданного срока службы.

Виброустойчивость – способность детали не разрушаться при работе в определенном диапазоне вибрации.

Кроме того конструкция деталей должна допускать изготовление их из недорогих материалов, отвечать принципам унификации и взаимозаменяемости.

Все основные требования в конечном счете можно свести к двум требования_ машина должна быть надежной и экономичной.

Под надежностью понимают свойство деталей машины выполнять функции сохраняя свои эксплутационные характеристики во времени. Различают три периода от которых зависит надежность: конструирование, изготовление, эксплуатация машины.

Недостаточно продуманная на этапе проектирования конструкция не может быть надежной при её использовании.

Не обеспечение при изготовлении машины требований конструктора приведет к снижению надежности машины.

Можно хорошо сконструированную и хорошо изготовленную машину сделать малонадежной если не соблюдать заложенные конструктором требования по правилам эксплуатации, обслуживанию и т.п.

Надежность включает понятия:

Безотказность;

Ремонтопригодность;

Долговечность.

Безотказность- свойство машины сохранять работоспособность в течении определенного времени. Основным показателем является –вероятность безотказной работы. Количественная оценка базируется на статистических данных, которые собираются в период экспериментальной отработки и эксплуатации машины. Вероятность всегда меньше единицы. В соответствии с положениями теории о вероятности проявления нескольких независимых событий надежность сложного изделия равна произведению надежности отдельных элементов. Из этого можно сделать вывод:

Надежность сложной машины всегда будет меньше надежности самой надежной детали входящей в конструкцию машины;

Чем больше деталей, тем меньше надежность.

Так, если машина состоит из 100 сборочных единиц, надежность каждой из которых составляет 0,99 , то надежность машины F(t)= 0,99 100

Отказом, в общем виде, это нарушение работоспособности машины. Отказы следует отличать от неисправности, когда не обеспечивается хотя бы один показатель машины, но сохраняется её основная функция (автомобиль гремит, но везет). При этом необходимо иметь ввиду, что редкие отказы машины еще не показатель высокой надежности, так как в конечном виде не страшен сам отказ, а страшны его последствия (Чернобыль, падение самолета и т.п.)

В теории надежности используются в связи с отказами два понятия: функциональная и параметрическая надежность.

Функциональная - это когда машина продолжает выполнять свои основные функции (спущенное колесо, пробит бензобак и т.п.)

Параметрическая – когда в результате отказа машина не выполняет определенных параметров, которые необходимы для её полноценного функционирования.

Ремонтопригодность - характеризуется вероятностью восстановления работоспособности машины в заданное время и средним временем восстановления.

Чаще всего не страшен сам по себе отказ, как важно его быстрое устранение.

Требование повышения ремонтопригодности машины диктуется в любой отрасли промышленности, но в некоторых стоит на первом месте, потому что задержка в устранении отказа ведет к потере качества, а иногда и к аварии.

T p = T 1 + T 2 ,

T 1 -время поиска отказа; T 2 -время устранения отказа.

Для практики важно уменьшение обеих составляющих. Но часто время восстановления занимает в несколько десятков раз меньше, чем поиск, для которого требуется высокая квалификация и приборы. Для сокращения времени поиска необходимы схемы поиска неисправности, диагностики.

Сокращение времени восстановления достигается блочным ремонтом, резервированием, взаимозаменяемостью и т.п.

Долговечность-свойство машины сохранять работоспособность до наступления предельного состояния, т.е. состояния при котором дальнейшая эксплуатация невозможна. Количественно показателем надежности является ресурс или срок службы.

Обработка большой статистики надежности различных объектов выявили для всех систем единую качественную зависимость вероятности отказов от времени эксплуатации.

Выделяются три стадии рис.

Из рассмотренного выше можно сформулировать кратко требование к идеальной машине.

Машина должна в целом быть равнопрочной, равнонадежной, иметь ресурс, совпадающий с моральным ресурсом, когда машину не экономично ремонтировать и восстанавливать, а дешевле отправить в металлолом.

Блок 1. Соединения деталей

Детали, составляющие машину, связаны между собой тем или иным способом. Эти связи можно разделить на подвижные (шарниры, подшипники, зацепления) и неподвижные (резьбовые, сварные, шпоночные). Неподвижные связи в технике называют соединениями.

По признаку разъемности все виды соединений можно разделить на разъемные и неразъемные. Разъемные соединения позволяют разъединять детали без их повреждения. К ним относятся резьбовые, штифтовые, клеммовые, шпоночные, шлицевые и профильные соединения. Неразъемные соединения не позволяют разъединить детали без их повреждения. Применение неразъемных соединений обусловлено технологическими и экономическими требованиями. К этой группе соединений относятся заклепочные, сварные и соединения с натягом.

Основным критерием работоспособности и расчета соединений является прочность. Необходимо стремиться к тому, чтобы соединение было равнопрочным и с соединяемыми деталями.

Изложены основные темы курса «Детали машин и основы конструирования». Рассмотрены основы расчета и конструирования деталей и сборочных единиц машин общего назначения: соединении, механических передач, валов и осей, подшипников и муфт.
Предназначено для подготовки студентов технических специальностей вузов по направлению «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств».

Содержание и основные задачи курса.
«Детали машин и основы конструирования» - научная дисциплина по расчету, проектированию и конструированию деталей и узлов общемашиностроительного назначения. В ее задачи входят обобщение инженерного опыта создания машиностроительных конструкций, разработка научных основ расчета и проектирования надежных элементов и узлов конструкций.

Машина - устройство, предназначенное для выполнения полезной работы, связанной с производством, обработкой, преобразованием энергии и информации. Основу каждой машины составляют устройства, называемые механизмами.

Механизм - это система тел. предназначенных для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемое движение остальных тел. Механизм имеет ведущие и ведомые звенья.

Ведущее звено - звено, которому движение передается извне. Остальные звенья механизма, которым передается движение от ведущего звена, называют ведомыми.

Машины состоят из деталей, которые объединены в узлы.
Деталь - это элементарная часть машины, которая изготавливается без сборочных операций и не может быть разобрана без разрушения. Изготавливается из однородного по наименованию и марке материала (болты, шпильки, шпонки. заклепки и пр.).

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие
Тема 1. Общие принципы проектирования деталей и узлов машин
1.1. Содержание и основные задачи курса
1.2. Требования к деталям и критерии их работоспособности
1.2.1. Критерии работоспособности
1.2.2. Критерии надежности
1.2.3. Критерии экономичности
Тема 2. Общие сведения о проектировании. Выбор допускаемых напряжении
2.1. Общие сведения о проектировании
2.2. Выбор допускаемых напряжений и коэффициентов запаса прочности
Тема 3. Сварные соединения
3.1. Общие сведения о сварных соединениях
3.2. Конструкции сварных соединений и их расчет на прочность
3.2.1. Стыковые соединения
3.2.2. Нахлесточные соединения
3.2.3. Тавровые соединения
3.3. Допускаемые напряжения в сварных соединениях
Тема 4. Резьбовые соединения
4.1. Типы и основные параметры резьб
4.2. Соотношение сил и моментов в резьбовых деталях при затяжке
4.3. Расчет резьбы на прочность
4.4. Расчет на прочность одиночных болтов при различных случаях нагружения
4.4.1. Расчет незатянутого болта, нагруженного внешней растягивающей силой
4.4.2. Расчет затянутого болта при отсутствии внешней нагрузки
4.4.3. Расчет болтов, нагруженных поперечными силами
4.4.4. Расчет болта, нагруженного эксцентричной нагрузкой
4.4.5. Расчет затянутых болтов при действии внешней нагрузки, раскрывающей стык деталей
4.5. Расчет соединений, включающих группу болтов
4.5.1. Расчет групповых болтовых соединений под действием нагрузки, раскрывающей стык детали
4.5.2. Расчет групповых болтовых соединений под действием нагрузки, сдвигающей детали в стыке
4.6. Расчет болтов при действии переменной нагрузки
4.7. Допускаемые напряжения и коэффициенты запаса прочности материала резьбовых деталей
Тема 5. Соединение деталей с натягом
Тема 6. Шпоночные и шлицевые (зубчатые) соединения
Тема 7. Общие сведения о заклепочных, клеммовых, паяных, клеевых и штифтовых соединениях
7.1. Заклепочные соединения
7.2. Клеммовые соединения
7.3. Паяные соединения
7.4. Клеевые соединения
7.5. Штифтовые соединения
Тема 8. Общие сведения о механических передачах
Тема 9. Фрикционные передачи
9.1. Цилиндрическая фрикционная передача
9.2. Коническая фрикционная передача
9.3. Вариаторы
9.4. Расчет на прочность фрикционных передач
Тема 10. Ременные передачи
10.1. Общие сведения
10.2. Силы в передаче
10.3. Скольжение ремня. Передаточное число
10.4. Напряжения в ремне
10.5. Критерии работоспособности ременных передач
Тема 11. Цепные передачи
11.1. Общие сведения
11.2. Приводные цепи
11.3. Звездочки
11.4. Передаточное число цепной передачи
11.5. Основные геометрические соотношения
11.6. Силы в ветвях цепи
11.7. Критерии работоспособности цепной передачи
Тема 12. Зубчатые передачи
12.1. Общие сведения
12.2. Цилиндрические зубчатые передачи
12.2.1. Геометрия и кинематика цилиндрических передач
12.2.2. Силы в передаче
12.2.3. Виды разрушения зубьев и критерии работоспособности зубчатых колес
12.2.4. Расчет на контактную прочность цилиндрических зубчатых передач
12.2.5. Расчет на изгиб цилиндрических зубчатых передач
12.3. Конические зубчатые передачи
12.3.1. Геометрия и кинематика конических зубчатых передач
12.3.2. Силы в передаче
12.3.3. Расчет на контактную прочность конических зубчатых передач
13.3.4. Расчет на изгиб конических зубчатых передач
12.4. Основные сведения о планетарных и волновых передачах
12.4.1. Планетарные передачи
12.4.2. Волновые передачи
Тема 13. Червячные передачи
13.1. Общие сведения
13.2. Геометрия червячных передач
13.3. Кинематические параметры передачи
13.4. Силы в зацеплении
13.5. Виды разрушения зубьев червячных колес и критерии работоспособности
13.6. Расчет передачи на контактную прочность
13.7. Расчет по напряжениям изгиба
13.8. Тепловой расчет червячной передачи
Тема 14. Рычажные передачи
Тема 15. Передача винт - гайка
Тема 16. Валы и оси
16.1. Общие сведения
16.2. Расчет валов на прочность
Тема 17. Подшипники качения
17.1. Общие сведения
17.2. Виды разрушения подшипников и критерии работоспособности
17.3. Расчет на динамическую грузоподъемность и долговечность
17.4. Уплотняющие устройства в узлах подшипников качения
Тема 18. Подшипники скольжения
18.1. Общие сведения
18.2. Режимы смазки в подшипниках скольжения
18.3. Виды разрушения и критерии работоспособности
18.4. Расчет подшипников скольжения в условиях несовершенной смазки
18.5. Расчет подшипников скольжения в условиях жидкостного трения
Тема 19. Муфты
19.1. Общие сведения
19.2. Глухие муфты
19.3. Жесткие компенсирующие муфты
19.4. Упругие компенсирующие муфты
19.5. Сцепные муфты
19.6. Самоуправляемые муфты
Список литературы.

Бесплатно скачать электронную книгу в удобном формате, смотреть и читать:
Скачать книгу Детали машин и основы конструирования, Ханов A.M., 2010 - fileskachat.com, быстрое и бесплатное скачивание.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

хорошую работу на сайт">

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский государственный университет

путей сообщения (МИИТ)

МЕХАНИЧЕСКИЙ ПРИВОД

Курсовой проект по дисциплине

«Детали машин и основы конструирования»

Пояснительная записка

СТ. КПДМ. 008 П3

Руководитель Гвоздев В. Д. / /

Исполнитель

студент гр. ТДМ-311 Кузьмина В.Ф. / /

Введение

1. Техническая характеристика привода

2. Кинематический и силовой расчеты привода

3. Описание конструкции редуктора

4. Расчет клиноременной передачи

5. Расчет зубчатых колес

6. Проектный расчет цилиндрической шевронной передачи

7. Проверочный расчет шевронной зубчатой передачи

8. Конструкция и проектный расчет валов

9. Конструкция и расчет размеров зубчатых колес

10. Выбор смазочных материалов

11. Конструирование и расчет размеров корпуса редуктора

12. Проверочный расчет валов

13. Проверочный расчет подшипников качения

14. Конструирование подшипниковых узлов

15. Выбор муфт

16. Расчет на усталостную прочность

17. Расчет шпоночных соединений

Список литературы

Введение

привод редуктор конструирование зубчатый

Механический привод разрабатывается в соответствии со схемой, приведенной на рисунке 1.

Рисунок 1 - Схема привода: 1 - электродвигатель; 2 - ременная передача; 3 -цилиндрический редуктор; 4 - муфта; 5 - барабан

Механический привод работает по следующей схеме: вращающий момент с электродвигателя (1) через ременную передачу (2) передаётся на быстроходный вал редуктора (3). Редуктор понижает число оборотов и увеличивает вращающий момент, который через муфту (4) передается на исполнительный механизм (5). Редуктор состоит из одной ступени. Ступень выполнена в виде шевронной цилиндрической передачи.

Достоинством данной схемы привода являются малые обороты и большой момент на выходном валу редуктора.

Исходные данные для расчёта:

1. Синхронная частота вращения электродвигателя n сх = 1500 мин -1 ;

2. Частота вращения на выходе n б = 180 мин -1 ;

3. Вращающий момент на выходе T б = 312 Нм;

4. Срок службы привода L г = 4000 ч;

Переменный характер нагружения привода задан гистограммой, изображённой на рисунке 2.

Рисунок 2 -Гистограмма нагружения привода: Относительная нагрузка: k 1 =1 ; k 2 =0,8 ; k 3 =0,5 . Относительное время работы: l 1 =0,2 ; l 2 =0,6 ; l 3 =0,2 . Характер нагрузки: спокойная.

1. Техническая характеристика привода

1.1 Электродвигатель 4А132 S 4 ГОСТ 19523-81

Мощность Р ДВ = 7,5 кВт;

Частота вращения вала n ДВ = 1455 мин -1 ;

Величина скольжения S = 3% ;

Отношение пускового момента к номинальному;

Диаметр вала двигателя d = 38мм.

1.2 Муфта упругая втулочно-пальцевая 500-40- I 1 ГОСТ 21424-75

Номинальный вращающий момент: Т = 500 Н м;

Допускаемая частота вращения: n = 3800 мин -1 ;

Диаметр на вал электродвигателя: d 1 = 38 мм;

Диаметр на вал редуктора: d 2 = 40 мм;

Внешний диаметр муфты: D = 170 мм;

Рабочая длина на валу редуктора: l = 80 мм.

1.3 Одноступенчатый цилиндрический шевронный редуктор

КПД редуктора: з ред = 0,96;

Передаточное число редуктора: u р = 2,69

Частота вращения валов редуктора: n Б = 485 мин -1 , n Т = 180 мин -1

Вращающие моменты на валах: Т Б = 119,5 Н м, Т Т = 315,15 Н м;

Габариты редуктора:

Длина: 355 мм,

Ширина: 408 мм,

Высота: 260 мм.

1.4. Привод.

КПД привода: з пр = 0,89;

2. Кинематический и силовой расчёты привода

2.1 Определяем КПД привода

з пр = з р.п · з ред · з м з п (1)

з р.п = 0,95;

где з пр - КПД привода;

з р.п - КПД ременной передачи;

з ред - КПД редуктора;

з м - КПД соединительной муфты;

з п - КПД пары подшипников.

з пр = 0,95 · 0,97 · 0,98 0,99= 0,89.

Определяем КПД редуктора:

где з шп - КПД шевронной передачи

з n - КПД пары подшипников; з n = 0,99

2.2 Находим треб уемую мощность электродвигателя

2.3 Выбираем электродвигатель 4А132 S 4 ГОСТ 19523-81 , мощность которого

Р дв = 7,5 кВт

Величина скольжения

Частота вращения вала двигателя:

2.4 Вычисляем требуемое передаточное отношение привода

2.5 Производим разбивку передаточного отношения по ступеням привода

U ред == 2 ,69

2.6 В ычисляем частоты вращения валов

Вал двигателя: n дв =1455

Быстроходный вал редуктора:

Тихоходный вал:

2.7 Вычис ляем вращающие моменты на валах

Тихоходный вал редуктора:

Т тих =Т исп / з м = 312/0,99=315,15 Н м (9)

Быстроходный вал:

Т бх =(Т тих /U р)/ з р =(315/2,69)/(0,99 2)=119,5 Н м (10)

Вал двигателя:

Т дв =Т бх /(U р.п / з р.п)=119,5/(3/0,95)=37,93 Н м (11)

3 . Описание конструкции редуктора

Рисунок 3.- Конструкция редуктора.

Конструкцию редуктора составляет шевронная цилиндрическая передача.

В качестве опор быстроходного вала (13) используем подшипники роликовые радиальные с короткими цилиндрическими роликами легкой серии (34), так как они предназначены для восприятия радиальных и небольших осевых нагрузок; фиксируют положение вала относительно корпуса в двух осевых направлениях. Благодаря способности самоустанавливаться они допускают несоосность посадочных мест (перекосы) до 2 - 3є.

В качестве опоры тихоходного вала (8) принимаем подшипники радиальные легкой серии (33), так как они воспринимают радиальные и ограниченные осевые нагрузки, действующие в обоих направлениях вдоль оси вала. Подшипники допускают перекосы валов до 10"; по сравнению с подшипниками других типов имеют минимальные потери на трение; фиксируют положение вала относительно корпуса в двух направлениях, наиболее дешевые и распространенные на рынке.

Валы выполняем ступенчатыми, для удобства посадки на них деталей.

На тихоходном валу установлено шевронное колесо (7) . Шестерню выполняем за одно целое с валом, так как качество вала - шестерни (13) выше, а стоимость изготовления ниже, чем вала и насадной шестерни.

Подшипники закрепляются в корпусе (18) и крышками подшипниковых гнезд.

Наружные кольца подшипников быстроходного вала упираются в крышки подшипниковых гнезд быстроходного вала (11) и (13). В крышке (11) имеется отверстие для выхода хвостовика быстроходного вала и установлена резиновая армированная манжета (32) для предотвращения протекание масла через это отверстие.

Подшипниковые гнезда тихоходного вала закрываются крышками (10) и (5). В крышке (5) имеется отверстие для выхода хвостовика тихоходного вала и установлена резиновая армированная манжета (31) для предотвращения протекание масла через это отверстие.

Все крышки подшипниковых гнезд затягиваются винтами (20). Между крышками и корпусом установлены прокладки (4) и (9) для предотвращения протекания масла.

Корпус редуктора выполняем разъемным, состоящим из крышки и основания. Изготавливаем корпус литьем из серого чугуна СЧ 15.

Для установки редуктора на фундаментной плите или раме в основании корпуса (18) имеется четыре отверстия под фундаментные болты.

Для фиксации крышки и основания корпуса друг относительно друга, используется два конических штифта (30), устанавливаемых без зазора.

Для смазки зубчатых передач и подшипников редуктора используем масло И-30 А. Объем масла - 1,75 л.

Для заливки масла и осмотра редуктора, в крышке корпуса предусмотрено отверстие, закрываемое крышкой.

Для контроля уровня масла, в основании корпуса установлен жезловый маслоуказатель.

Для удаления масла и промывки редуктора в нижней части корпуса сделано отверстие, закрываемое пробкой с цилиндрической резьбой.

4 . Расчет клиноременной передачи

Определяем максимальный крутящий момент

Выбираем диаметр ведущего шкива из стандартного ряда: D 1 =135 мм

Определяем диаметр ведомого шкива.

D 1 =0,985 3,00 135=398,9 мм. (14)

Полученный результат округляем до стандартного значения.

Уточняем передаточные числа:

Следовательно, окончательно принимаем размеры шкивов полученных после округления.

Определяем межосевое расстояние

где h - высота ремня, мм

Длина ремня определится как

где - среднее значение.

Принимаем ближайшее стандартное значение l из ряда длин ремней. l = 1800 мм.

Корректируем межосевое расстояние

Определяем угол охвата малого шкива

Находим линейную скорость ремня

Определяем расчетную мощность передаваемую одним ремнем

где - мощность, передаваемая одним ремнем

0,91 - коэффициент угла обхвата

0,95 - коэффициент длины ремня

1,14 - коэффициент передаточного отношения ременной передачи

1,2 - коэффициент режима работы

Определяем требуемое число ремней в передаче

где =0,95 - коэффициент числа ремней

Принимаем z=4.

Рассчитываем силу предварительного натяжения одного ремня

Радиальная сила, действующая на выходной конец вала

Частота пробегов ремня

Конструкция шкивов и их размеры

Шкивы изготавливаем литыми из чугуна марки СЧ 15. Шкивы состоят из обода, на который надевают ремень, ступицы для установки шкива на вал. Шкив изготавливаем с диском, в котором предусматриваем отверстия круглой формы для уменьшения массы и удобства крепления шкива на станке при его механической обработке.

Ширина шкива

где z - число ремней.

Толщина обода (28)

Принимаем

Толщина диска (29)

Принимаем С=18 мм.

Диаметр ступиц (30)

Длина ступиц (31)

Принимаем

Диаметр выступов шкива (32)

5 . Расчёт зубчатых передач

5 .1 Выбор материалов

Принимаем для изготовления среднеуглеродистую конструкционную сталь с термообработкой нормализация или улучшение, что позволяет производить чистовое нарезание зубьев с высокой точностью после термообработки.

Такие колеса хорошо прирабатываются и не подвержены хрупкому разрушению при динамических нагрузках. Такой тип колес наиболее приемлем в условиях индивидуального и мелкосерийного производства.

Шестерня - сталь 45, термообработка - улучшение;

(192…240) НВ,НВ=230

Колесо - сталь 45, термообработка - нормализация;

(170…217)НВ,НВ=200

5 .2 Вычисление базового значения предела выносливости

а) для контактных напряжений

Для термообработки улучшение и нормализация

у н limb=2·HB+70 (33)

Для шестерни:

у н limb 1 = 2·230 + 70 = 530 МПа.

Для колеса:

у н limb 2 = 2·200 + 70 = 470 МПа

б) для напряжений изгиба

у 0 F limb= 1,8 НВ; (34)

у 0 F limb1= 1,8 · 230 = 414 МПа;

у 0 F limb2= 1,8 · 200 = 360 МПа.

5 .3 О пределение базового числа циклов переменных напряжений

N H 0 =30HBср 2,4 (35)

N HO 1 =30 216 2,4 =1,201 10 7 МПа

N HO 2 =30 194 2,4 =0,92 10 7 МПа

5 .4 Определение фактического числа циклов перемены напряжений

По контактным напряжениям:

по напряжениям изгиба:

где m - показатель степени кривой усталости. При твёрдости меньше 350НВ m = 6.

N FE 2 =N FE 1 =4,19 10 7

5 .5 Вычисление коэффициент а долговечности

по контактным напряжениям.

Для шестерни:

Так как N НЕ1 > N Н01 , то принимаем K HL 1 =1;

Для колеса:

Так как N НЕ2 > N Н02 , то принимаем K HL 2 =1.

по напряжениям изгиба.

Так как N FE 1 > 4 10 6 и N FE 2 > 4 10 6 , то принимаем K FL 1 =1 и K FL 2 =1.

5 .6 . Определение допускаемых контактных напряжений

Коэффициент запаса.

При термообработке нормализация и улучшение принимаем

Для шевронных передач

Так как, то принимаем МПа.

5 .7 Определение допускаемых напряжений изгиба

где - коэффициент, зависящий от вероятности безотказной работы. Принимаем = 1,75

Коэффициент, зависящий от способа изготовления заготовки, Для штамповки = 1,0

6 . Проектный расчет цилиндрической шевронной передачи

6 .1 Определение межосевого расстояния из условия обеспе чения контактной прочности зуба

Предварительно принимаем К Н = 1,2

Ш ba -ширина зубчатого венца;

Принимаем для прямозубой передачи Ш ba = 0,5

Принимаем ближайшее стандартное значение а W ГОСТ =125 мм

6 .2 Определение модуля зацепления

m n =(0,01…0,02)·а W =(0,01…0,02)·125=1,25…2,5 мм

принимаем m n =2,5 мм .

6 . 3 Определение основных параметров зубчатых колес

Назначаем угол наклона зубьев в = 30є

Определяем число зубьев шестерни и колеса б w

6 .4 Рассчитываем геометри ческие параметры зубчатых колес

Уточняем угол наклона зубьев:

Диаметры делительных окружностей:

Диаметры окружностей вершин:

d а1 =d 1 +2 m n = +2 2,5=73,965 мм (48)

d а2 =d 2 +2 m n = +2 2,5=186,034 мм (49)

Диаметры окружностей впадин:

d f 1 = d 1 - 2,5·m n = - 2,5·2,5 = 62,715 мм; (50)

d f 2 = d 2 - 2,5·m n = - 2,5·2,5 = 174,784 мм; (51)

Ширина зубчатого венца:

b 2 = Ш ba б w =0,5 125=63 мм (52)

b 1 =b 2 +5=63+5=68 мм (53)

6 .5 Вычисление окружной скорости в зацеплении

Назначаем 9 степень точности зубчатых колес по ГОСТ 1643-81

6 .6 Оп ределение коэффициента нагрузки

K H =K Hв ·K Hб ·K HV =1,04 1,1 1=1,144 ; (55)

где K Hб - коэффициент неравномерности нагрузки между зубьями;

K Hб =1,1

K HV - коэффициент динамической нагрузки,

K HV =1

К Hв =1,04

7 . Проверочный расчет шевронной зубчатой передачи

7 .1 Вычисляем фактические контактные напряжения

Принимаем b 2 = 70 мм, b 1 =75 мм; тогда у Н = 431 Мпа,

и уточняем Ш bd = b 2 /d 1 = 70/ = 1,01 .

7 .2 Определение коэффициент а нагрузки

Для отношения Ш bd = b 2 /d 1 = 70/ = 1,01 , при симметричном расположении колес относительно опор, К Н в = 1,04

7 . 3 Проверка зубьев на выносливость по напряжени ям изгиба

Для отношения Ш bd = b 2 /d 1 = 70/ = 1,01 , при симметричном расположении колес относительно опор, К Fв =1,10;

Принимаем К Fх = 1,1

Уточняем коэффициент нагрузки:

К F = К Fв · К Fх = 1,1· 1,1 = 1,21 ; (58)

Вычисляем коэффициент торцового перекрытия е б:

Определение коэффициента, учитывающего многопарность зацепления:

Определение коэффициента, учитывающего наклон контактной линии:

Определение эквивалентного числа зубьев:

Y F - коэффициент, учитывающий форму зуба;

Y F 1 = 3,70

Y F 2 = 3,6

Вычисление напряжения изгиба:

МПа < [у] F 1 ;

МПа < [у] F 2 ;

7 .4 Выполнение проверочного расчет а на статическую п рочность от действия перегрузок

Определение коэффициента перегрузки:

Определение контактного напряжения:

у Hmax = у H · = 431· = 649 МПа; (66)

Определение изгибных напряжений:

у Fmax 1 = у F 1 · К max = 49 · 2,27 = 111,3 МПа; (67)

у Fmax 2 = у F 2 · К max = 51 · 2,27 = 115,8 МПа. (68)

Для термообработки улучшение и нормализация:

[у] Hmax = 2,8 · у Т (69)

[у] Fmax = 0,8 · у Т (70)

где у Т - предел текучести материала.

Для колеса у Т = 340 МПа;

[у] H 2 max = 2,8 · 340 = 952 МПа > у Hmax ;

[у] F 2 max = 0,8 · 340 = 272 МПа > у F 2 max ;

Условие статической прочности выполняется.

8 . Конструкция и проектный расчет валов

Валы изготавливаем из стали 45. Назначаем термообработку улучшение.

8 .1 Расчет быстроходного вала

Для выполнения быстроходного вала принимаем ступенчатую конструкцию. Такой выбор облегчает установку подшипников и уплотнения на валу. Для уменьшения концентрации напряжений и облегчения изготовления вала, на переходных участках выполняем галтели, радиусом r = 1 мм. На концах вала выполняем фаску С =2,5 мм.

Конструкция быстроходного вала показана на рисунке 4.

Рисунок 4. - Быстроходный вал.

Определяем значение диаметра хвостовика быстроходного вала.

Полученный результат округляем до ближайшего большего значения из стандартного ряда. Принимаем d хв1 = 32 мм.

Принимаем длину хвостовика l хв = 80 мм.

Для соединения вала со шкивом ременной передачи используем шпоночное соединение.

Выбираем шпонку 10x8x70 ГОСТ 23360-78.

где h ш - высота шпонки

Принимаем t 1 =5 мм и h ш =8 мм.

d y 1 ?32 + (8 - 5) =35 мм. (73)

Принимаем d y 1 =35 мм под стандартное уплотнение.

Принимаем значение диаметра вала под подшипник d n 1 =35 мм. Примем роликовые радиальные с короткими цилиндрическими роликами легкой серии №2207 ГОСТ 8328-75.

Определяем диаметр вала под шестерню.

Из условия того, что подшипник упирается в заплечик вала, принимаем диаметр вала под шестерню больше d n 1 .

d ш1 = d n + 2·f + 2 = 35 + 2·2 + 2 = 41 мм, (74)

где f = 2 - размер фаски на внутреннем кольце роликоподшипника серии № 2207 ГОСТ 8328-75.

Для уменьшения количества точно обрабатываемых поверхностей, повышения жесткости шестерню выполняем вместе с валом

Выполняем фаску на шестерне n = 0,6 мм.

§ Диаметр хвостовика: n6.

§ Диаметр под подшипник: k6.

§ Хвостовика: Rа = 0,8 мкм.

§ Торцов заплечика вала, в которые упираются подшипники:

Rа = 2,5 мкм.

§ Шпоночного паза: Rа = 3,2 мкм.

§ Канавки, фаски,радиусы галтелей на валах: Rа = 6,3 мкм.

· Допуск перпендикулярности торца вала, чтобы уменьшить перекос колец подшипников и искажение геометрической формы дорожки качения внутреннего кольца подшипника: 0, 012

· Допуск цилиндричности посадочных поверхностей под подшипник, чтобы ограничить концентрацию давлений: 0,008

· Допуск соосности посадочной поверхности для шкива, чтобы снизить дисбаланс вала и деталей, установленных на этой поверхности:0,030

8 .2 Расчет тихоходного вала

Для выполнения тихоходного вала принимаем также ступенчатую конструкцию. Установку колеса на вал производим механической сборкой. Для уменьшения концентрации напряжений и облегчения изготовления вала, на переходных участках выполняем галтели, радиусом r = 1 мм. На концах вала выполняем фаску С =2,5 мм.

Конструкция тихоходного вала показана на рисунке 5.

Рисунок 5.- Тихоходный вал.

Определяем значение диаметра хвостовика тихоходного вала.

Принимаем d хв2 = 40 мм, согласно выбранной муфте.

Принимаем длину хвостовика l хв = 82 мм, равной длине посадочной поверхности муфты.

Для передачи вращения от хвостовика вала к муфте используем шпоночное соединение.

Длину шпонки принимаем на 10 мм меньше длины хвостовика вала.

Выбираем шпонку 12x8x70 ГОСТ 23360-78.

Находим значение диаметра вала под уплотнение.

где h ш - высота шпонки

t 1 - глубина шпоночного паза на хвостовике.

Принимаем t 1 =5 мм и h ш =12 мм.

d y 2 ?40 + (12 - 5) = 47 мм. (77)

Принимаем d y 2 =48 мм под стандартное уплотнение.

Принимаем значение диаметра вала под подшипник d n 2 =50 мм.Принимаем шарикоподшипники легкой серии № 210 ГОСТ 8338-75

Принимаем диаметр вала под колесо. Из условия того, что подшипник упирается в заплечик вала, принимаем диаметр вала под шестерню больше d n 2 .

d к2 = d n 2 + 2·f + 2 = 50 + 2·2 + 2 = 56 мм, (78)

где f = 2,5 - размер фаски на внутреннем кольце радиального шарикоподшипника № 210 ГОСТ 8338-75.

Полученный результат округляем до ближайшего большего значения из стандартного ряда. d к2 = 56 мм.

Для передачи вращения от зубчатого колеса к валу, используем шпоночное соединение.

Выбираем шпонку 16x10x90 ГОСТ 23360-78.

Определяем параметры шпоночного паза на диаметре вала под колесо.

t 1 = 6,0 мм - глубина шпоночного паза,

b = 16 мм - ширина шпоночного паза.

Определяем значение диаметра заплечика вала.

Из условия, что зубчатое колесо упирается в заплечик вала, выполняем диаметр заплечика вала больше диаметра вала под колесо.

d З2 = d к32 + 2 · f +2 = 56 + 2 · 2 + 2 = 63 мм, (79)

где f = 2 мм - фаска на зубчатом колесе.

Для выхода шлифовального круга изготавливаем канавку

d k = d n 2 -1=50-1=49 мм (80)

§ Диаметр хвостовика: n6.

§ Диаметр под уплотнение: d11.

§ Диаметр под подшипник: k6.

§ Диаметр под зубчатое колесо: p6.

§ Под зубчатое колесо: Rа = 0,8 мкм.

§ Хвостовика: Rа = 0,8 мкм.

§ Под подшипники: Rа = 1,25 мкм.

§ Под уплотнение: Rа = 0,32 мкм.

§ Торца заплечика вала, в который упирается зубчатое колесо:

Rа = 3,2 мкм.

§ Торца заплечика вала, в который упирается левый подшипник:

Rа = 1,6 мкм.

§ Шпоночных пазов: Rа = 3,2 мкм.

§ Канавки, фаски, радиусы галтелей: Rа = 6,3 мкм.

· Допуск перпендикулярности торца вала в месте установки подшипника, чтобы уменьшить перекос колец подшипников и искажение геометрической формы дорожки качения внутреннего кольца подшипника: 0, 025 мм.

· Допуск цилиндричности посадочной поверхности вала в месте установки на него зубчатого колеса, чтобы ограничить концентрацию давлений:0,010 мм.

· Допуск цилиндричности посадочных поверхностей под подшипник, чтобы ограничить концентрацию давлений: 0,005 мм.

· Допуск соосности посадочной поверхности для полумуфты, чтобы снизить дисбаланс вала и деталей, установленных на этой поверхности:0,041 мм.

· Допуск соосности посадочной поверхности под подшипник, чтобы ограничить перекос колец подшипников качения:

· Допуск симметричности шпоночного паза для обеспечения возможности сборки вала с устанавливаемой на нем деталью и равномерного контакте поверхностей шпонки и вала: 0,008мм.

· Допуск параллельности шпоночного паза: 0,002 мм.

9 . Конструирование и расчет размеров зубчатых колес

9.1 Конструирование шеврон ного колеса

Шестерню выполняем за одно целое с валом, так как качество вала шестерни оказывается выше, а стоимость изготовления ниже, чем вала и насадной шестерни.

d а1 = 73,965 мм,

d f 1 =62,715 мм,

l ст = b 2 +a= 75+38 = 113 мм, (81)

h=2,5m=2,5 2,5=6,25 мм. (82)

9 .2 Конструирование шевронного колеса тихоходного вала

Косозубое колесо изготавливаем свободной ковкой, с последующей токарной обработкой. Для упрощения этих технологических операций выполняем колесо в виде цельного диска.

Устанавливаем колесо на валу посадкой с натягом (H7/p6).

Поверхность под сопряжение с валом подвергаем шлифованию.

Для удобства монтажа шевронного колеса на вал выполняем фаску f = 2,5 мм. На вершинах зубьев принимаем фаску n = 1,25 мм. Ширину канавки определяем в зависимости от модуля m. Принимаем а=38 мм.

Конструкция шевронного колеса показана на рисунке 6.

Выполняем шевронное колесо с симметричной ступицей. Такое технологическое решение придает большую устойчивость колеса на валу и увеличивает жесткость самого вала.

Определяем диаметр ступицы d ст = 1,6·d в =1,6· 56 = 89,6 мм; (83)

Определяем длину ступицы l ст = b 2 +a= 70+38 = 108 мм;

Принимаем l ст = 108 мм;

Определяем толщину диска C=(0,3…0,35)(b 2 +a)=32,4…37,8. (84)

Принимаем С=33мм.

Определяем ширину торцов зубчатого венца: S=2,2m+0,05(b 2 +a)=5,5+5,4=9,9 мм. (85)

Рисунок 6. - Зубчатое колесо: d= мм, d а =186,034 мм, d f =174,784 мм;

§ Диаметр на вал: H7.

§ Диаметр окружности вершин: h9.

§ Ширина шпоночного паза: JS9.

§ Торцов шпоночного паза: Rа = 1,6 мкм.

§ Нерабочей поверхности шпоночного паза: : Rа = 3,2 мкм.

§ Посадочного отверстия: Rа = 1,6 мкм.

§ Торцовой поверхности колеса: Rа = 3,2 мкм.

§ Рабочих поверхностей зубьев: Rа= 1,25 мкм.

§ Свободные торцовые поверхности зубчатого колеса: Rа = 6,3 мкм.

· Допуск цилиндричности посадочного отверстия, чтобы ограничить концентрацию контактных напряжений: 0,015 мм.

· Допуск перпендикулярности торцовой поверхности колеса относительно оси вращения: 0,030 мм.

· Допуск симметричности шпоночного паза для обеспечения возможности сборки вала с устанавливаемой на нем деталью и равномерного контакте поверхностей шпонки и вала: 0,040мм.

· Допуск параллельности шпоночного паза: 0,010 мм.

10. Выбор смазочных материалов

Для смазывания деталей редуктора, применяем картерную смазку, которая осуществляется путём окунания зубчатых колёс в масло. Уровень масла устанавливаем так, чтобы косозубое колесо окуналось в него на высоту зуба.

При окружной скорости колеса тихоходной ступени v = 1,75 м/с, контактных напряжениях у Н = 431 МПа и рабочей температуре

Согласно , при заданной вязкости масла, выбираем его марку:

Определяем уровень масла:

h = (2 ? m … 0,25 ? d 2 T) = (2 ? 2,5 … 0,25 ? 181,034) = 5…45,25 мм; (86)

Принимаем h = 50 мм, для обеспечения окунания зуба косозубого колеса в масло.

Рассчитываем объем масляной ванны редуктора:

V = 0,6 P дв = 0,6 7,5 = 4,5 л. (87)

Для обеспечения окунания зуба косозубого колеса в масло при габаритных размерах картера:

Длина: 280мм,

Ширина: 125 мм,

и уровне масла h = 50 мм, принимаем объем масла V =1,75 л.

Во избежание утечки масла из редуктора на быстроходном и тихоходном валах со стороны хвостовиков устанавливаем резиновые армированные манжеты по ГОСТ 8752-79.

Для заливки масла в редуктор, контроля правильности зацепления и для внешнего осмотра деталей выполняем в крышке корпуса смотровое окно, закрываемое крышкой из стального листа. Определим толщину крышки: д к =(0,5…0,6) д=(0,5…0,6) 8=4…4,8 мм. Принимаем д к =4 мм. Для того, чтобы внутрь корпуса извне не засасывалась пыль под крышку ставим уплотняющую прокладку из прокладочного картона марки А толщиной 1 мм. В крышке отверстия располагаем пробковую отдушину.

Габаритные размеры крышки смотрового окна:

Длина A 1 = 110 мм,

Ширина В 1 = 100мм.

Габаритные размеры смотрового окна:

Длина А = 80 мм,

Ширина В = 70 мм.

Для закрепления крышки используем 4 болта М6х22. .

В боковой части корпуса выполняем отверстие под пробку для слива масла и промывки редуктора. Параметры пробки принимаем согласно :

d = М16х1,5; D = 26 мм; L = 25 мм; l = 19,6 мм; а = 3 мм.

Контроль за уровнем масла в картере осуществляется жезловым маслоуказателем, который вкручивается в крышку корпуса редуктора. Маслоуказатель имеет резьбу М16.

Для предотвращения протекания масла, плоскость разъёма основания и крышки корпуса смазываем спиртовым лаком.

11. Конструирование и расчет размеров корпуса редуктора

Корпус редуктора выполняем разъёмным, состоящим из основания и крышки. Плоскость разъёма проходит через оси валов.

Изготавливаем корпус литьем, из чугуна СЧ 15.

Основание и крышка закрепляются между собой болтами по фланцу для обеспечения герметичности. Для предотвращения протекания масла плоскость разъёма смазываем спиртовым лаком.

Для заливки масла и осмотра редуктора в крышке корпуса выполняем смотровое отверстие, закрываемое крышкой. Для удаления загрязнённого масла и промывки редуктора в нижней части корпуса выполняем сливное отверстие, закрываемое пробкой.

Для подъема и транспортирования крышки корпуса и редуктора в сборе применим проушины. Для крепления корпуса редуктора к раме в нижней части основания выполняем фланец с цилиндрическими отверстиями под крепёжные болты. Для фиксации при сборке крышки относительно основания выполняем два конических штифта, размеры которых определяем согласно :

Длина 26 мм,

Диаметр 8 мм,

Конусность 1:50.

Расчет размеров корпуса редуктора.

Толщина стенки крышки и корпуса:

д =0,025 а W +1=0,025 125+1=4,125 мм, (88)

д 1 =0,02 а W +1=0,02 125+1=3,50 (89)

Принимаем толщину стенки корпуса и крышки д = 8 мм.

Определяем толщину фланца крышки и верхнего фланца основания:

b = 1,5 д =1,5 8 = 12 мм; (90)

Определяем толщину нижнего фланца основания:

p = (2,25 ч 2,75) д = (2,25 ч 2,75) 8 = 18 ч 22 мм; (91)

Принимаем p = 20 мм.

Для увеличения жесткости корпуса, под бобышками отливаем ребра жесткости. Толщина ребер основания корпуса: m=(0,85ч1) д=6,8ч8 мм. (92)

Принимаем 8 мм.

Толщина ребер крышки: m 1 =(0,85ч1) д 1 =6,8ч8 мм. (93)

Принимаем 8 мм.

Диаметр фундаментных болтов.

d 1 = (0,03ч 0,036) · a w + 12 = (0,03ч 0,036) · 125 + 12 = 15,75 ч 16,5 мм. (94)

Принимаем d 1 = 16 мм.

Диаметр болтов у подшипников.

d 2 = (0,7 ч 0,75)·d 1 = (0,7 ч 0,75)·16 = 11,2 ч 12 мм, (95)

Принимаем d 2 = 12 мм.

Диаметр болтов на фланцах.

d 3 = (0,5 ч 0,6)·d 1 = (0,5 ч 0,6)·20 = 10 ч 12 мм, (96)

Принимаем d 3 = 10 мм.

Принимаем минимальный зазор между наружной поверхностью колеса и внутренней стенкой корпуса А = 8 мм.

12 . Проверочный расчет валов

Быстроходный вал

Силы, действующие в зацеплении = Н, = Н, ==982,5 Н. Нагрузка на вал от клиноременной передачи F в =1144 Н. В цилиндрической шевронной передаче силы, действующие на каждую половину шеврона, уравновешиваются.

Реакции опор:

в плоскости xz

в плоскости yz

=0; - F в + + - R y2

R y 2 = - F в + + =1115-1144+1450=1421 Н.

xoz :

2 участок. 0z 37

При z=37, =1733 37=64,1 10 3 Н мм;

3 участок. 37z 111

При z=37, =64,1 10 3 Н мм;

При z=111, =173364,1 10 3 Н мм;

4 участок. 037

При z " =0, =0;

При z " =37, =1733 37=64,1 10 3 Н мм;

Строим эпюры изгибающих моментов в плоскости yoz :

1 участок. 0z 90

F в z ,

При z=90, = - 1144 90= - 103 10 3 Н мм;

2 участок. 90z 127

При z=90, = - 1144 90= - 103 10 3 Н мм,

При z=127, = - 1144 127+1115 37= - 104 10 3 Н мм;

3 участок. 127z 201

При z=127, = - 1144 127+1115 37 - 982,5 = - 137,9 10 3 Н мм;

При z=201, = - 1144 201+1115 111+725 74 - 982,5 = - 86,4 10 3 Н мм;

4 участок. 0z ? 37

При z " =0, =0,

При z " =37, = - 1421 37= -52,5 10 3 Н мм.

Рисунок 7. - Расчетная схема ведущего вала

Тихоходный вал

Силы, действующие в зацеплении F r =1450 Н, F t =3466 Н, нагрузка на вал от муфты F м =125=125=2219 Н.

Реакции опор:

в плоскости xz :

в плоскости yz :

Строим эпюры изгибающих моментов в плоскости xoz :

1 участок. 0z 75.

При z=75, 10 3 Н мм;

2 участок. 75z 150

При z=75, 10 3 Н мм;

При z=150, 10 3 Н мм;

3 участок. 0z ? 130.

При z " =130, = 10 3 Н мм;

Строим эпюры изгибающих моментов в плоскости yoz :

1участок. 0z 75.

При z=75, 10 3 Н мм;

2 участок. 0z ? 75

Рисунок 8. - Расчетная схема ведомого вала

13 . Проверо чный расчет подшипников качения

Назначаем предварительно для быстроходного вала редуктора -подшипники роликовые радиальные с короткими цилиндрическими роликами легкой серии 2207 ГОСТ 8328-75, для тихоходного вала - шариковые радиальные однорядные легкой серии №210 ГОСТ 8338-75.

Расчёт подшипников качения быстроходного вала.

Подшипник роликовый радиальный с короткими цилиндрическими роликами 2207 ГОСТ 8328-75.

С 0 = 17600 Н;

Суммарные реакции:

= =2061 Н, (97)

= 2241 Н. (98)

Подбираем подшипник по более нагруженной опоре «2» т.к. , то X=1, Y=0.

K н (99)

где V=1 - коэффициент вращения, зависящий от того, какое кольцо подшипника вращается (при вращении внутреннего кольца V=1)

Коэффициент, учитывающий вид работы

K т =1 - температурный коэффициент

К н - коэффициент нагрузки.

Тогда =K н =1 1 2241 1,5 1 0,81=2723 Н

Где р - показатель степени, для роликоподшипников p=10/3

Расчет подшипников качения тихоходного вала

Подшипники шариковые радиальные однорядные легкой серии №210 ГОСТ 8338-75

С 0 = 19800 Н;

Суммарные реакции:

= Н.

Подбираем подшипник по более нагруженной опоре «3» т.к. , то X=1, Y=0.

K н

где V=1, K т =1, К н - коэффициент нагрузки.

=K н =1 1 3727 1,5 1 0,81=4528,3 Н

Условия подбора выполняются. L h =4000 ч.

14 . Конструирование подшипниковых узлов

В качестве опоры быстроходного вала принимаем подшипники роликовые радиальные с короткими цилиндрическими роликами легкой серии №2207 ГОСТ 8328-75. . Они предназначены для восприятия радиальных и небольших осевых нагрузок; фиксируют положение вала относительно корпуса в двух осевых направлениях. Благодаря способности самоустанавливаться они допускают несоосность посадочных мест (перекосы) до 2 - 3є.

В качестве опоры тихоходного вала принимаем подшипники радиальные легкой серии №210 ГОСТ 8338-75. .Они воспринимают радиальные и ограниченные осевые нагрузки, действующие в обоих направлениях вдоль оси вала. Подшипники допускают перекосы валов до 10"; по сравнению с подшипниками других типов имеют минимальные потери на трение; фиксируют положение вала относительно корпуса в двух направлениях.

На быстроходном валу устанавливаем подшипники 2207 ГОСТ 8328-75:

· диаметр установки на вал d п = 35 мм;

· диаметр установки в корпус D = 72 мм;

· ширина В = 17 мм;

· размер фасок r = 2 мм;

· грузоподъемность динамическая С = 31,9 кН;

· грузоподъемность статическая С 0 = 17,6 кН.

На тихоходном валу устанавливаем подшипники 210 ГОСТ 8338-75:

· диаметр установки на вал d п = 50 мм;

· диаметр установки в корпус D = 90 мм;

· ширина В = 20 мм;

· размер фасок r = 2 мм;

· грузоподъемность динамическая С = 35,1 кН;

· грузоподъемность статическая С 0 = 19,8 кН.

Подшипники устанавливаем на валы посадкой с натягом. Принимаем поле допуска для валов - k6. Установку подшипников в корпус осуществляем посадкой с зазором, с полем допуска отверстия корпуса - Н7.

Во избежание попадания в подшипник продуктов износа передач, а также излишнего полива маслом подшипники защитим маслозащитными кольцами.

Подшипники закрываем крышками глухими и сквозными, через которые проходят концы валов из чугуна СЧ 15. Крышки выполняем привертными. Со стороны хвостовиков быстроходного и тихоходного валов устанавливаем сквозные крышки с резиновыми армированными манжетами для уплотнения. Остальные крышки выполняем глухими. Фланец крышки выполняем круглой формы.

Принимаем:

· толщину крышек д = 6 мм;

· размер фаски с = 2 мм;

· крепежные болты М8х25;

· число болтов z = 4;

· диаметр крышки:

Быстроходного вала D = 110 мм;

Тихоходного вала D = 130 мм.

Болтовые соединения уплотняем прокладками из маслостойкой резины.

1 5 . Выбор муфт

Для соединения тихоходного вала редуктора с валом рабочего органа используется муфта. Размер муфты выбираем по диаметру вала и расчётному вращающему моменту.

Согласно :

Т Р = к · Т НОМ = 1,5 · 315,15 = 472 Н·м. (101)

Принимаем для соединения валов муфту упругую втулочно-пальцевую 500-40-I2 ГОСТ 21424 - 75.

Номинальный вращающий момент: Т = 500 Н·м,

Диаметр на вал редуктора: d 2 = 40 мм,

Внешний диаметр муфты: D = 170 мм,

Рабочая длина на валу редуктора: l = 82 мм,

Допускаемая частота вращения n=3600 мин -1 ,

Радиальное смещение - 0,3 мм,

Угловое смещение - 1?.

16 . Расчет валов на усталостную прочность

Определяем расчетные коэффициенты запаса прочности при расчёте на выносливость согласно :

Где S у - запас прочности по нормальным напряжениям;

S ф - запас прочности по касательным напряжениям;

[S] - необходимый запас прочности вала при совместном действии нормальных и касательных напряжений.

Принимаем [S] = 2,5.

где у -1 - предел выносливости вала из углеродистой стали при симметричном цикле перемены нормальных напряжений;

К у - эффективный коэффициент концентрации нормальных напряжений;

е у - масштабный коэффициент для нормальных напряжений;

в - коэффициент учёта влияния шероховатости поверхности.

Принимаем в=0 ,95 .

Ш у - коэффициент, учитывающий влияние асимметрии цикла.

Принимаем Ш у = 0,15. .

у m - среднее значение напряжения цикла перемены нормальных напряжений; у m =0, так как F a =0.

у v - амплитуда цикла перемены нормальных напряжений, равная наибольшему напряжению изгиба в рассматриваемом сечении.

где ф -1 - предел выносливости вала из углеродистой стали при симметричном цикле перемены касательных напряжений;

К ф - коэффициент концентрации напряжений при кручении

Ш ф - коэффициент, учитывающий влияние асимметрии цикла.

Принимаем Ш ф = 0,1.

ф m и ф v - среднее и амплитудное значения напряжения цикла перемены касательных напряжений;

W к - момент сопротивления сечения кручению;

М к - крутящий момент.

Нормальные напряжения изменяются по симметричному циклу, а касательные - по отнулевому.

Уточнённый расчёт состоит в определении коэффициентов запаса прочности S для опасных сечений вала и сравнения с требуемым значением запаса прочности.

Тихоходный вал. Вал изготавливаем из стали 45, назначаем термообработку - улучшение. .

у -1 = 0,43 · 750 = 323 МПа.

ф -1 = 0,58 · 323 = 188 МПа.

Рисунок 9.

Опасными являются сечения:

2-2 , 6-6, 8 - 8 - скругление шпоночного паза;

3-3, 4-4, - галтельный переход;

4-4, - место установки подшипников с гарантируемым натягом;

5-5 - колесо;

7 - 7 - место установки зубчатого колеса, шпоночный паз;

9 - 9 - канавка.

Сечение 7 - 7.

Концентрация напряжений обусловлена наличием шпоночной канавки и напрессованного на вал зубчатого колеса. d=56 мм, b=16 мм, t 1 =6 мм,

Ш в =0,15 , Ш ф =0,1 .

а) Шпоночная канавка: =1,77; .

б)Посадка ступицы колеса с гарантированным натягом:

Сравнивая значения для случая (а) и (б), отмечаем, что наиболее нагружен вал в случае (б). По нему и ведем расчет

Суммарный изгибающий момент:

Момент сопротивления изгибу:

Момент сопротивления кручению:

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям:

Сечение 4 - 4 .

Концентрация напряжений обусловлена посадкой подшипника с гарантированным натягом.

; Ш у =0,15 , Ш ф =0,1 .

Изгибающий момент:

Полярный момент сопротивления:

Амплитуда нормальных напряжений:

Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений:

Коэффициенты запаса прочности

Расчёт быстроходного вала (рисунок 13).

Вал изготовлен из стали 45, термообработка улучшение.

Рисунок 10.

Предел прочности стали 45равен .

Предел выносливости при симметричном цикле перемены нормальных напряжений:

у -1 = 0,43 · 750 = 324 МПа.

Предел выносливости при симметричном цикле перемены касательных напряжений:

ф -1 = 0,58 · 324= 188 МПа.

Опасными являются сечения:

1-1- место установки муфты, шпоночный паз;

2-2 - скругление шпоночного паза;

3-3, 6-6, 10-10 - галтельный переход;

4-4, 12-12 - канавки под упорные кольца;

5-5, 11-11 - место установки подшипников с гарантируемым натягом;

7-7, 9-9 - полушевроны;

8-8 - проточка между шевронами.

Определяем напряжения, действующие в этом сечении:

Где W и - момент сопротивления сечения изгибу;

М и - изгибающий момент;

Определяем отношение, согласно :

Определяем запас прочности при изгибе:

Определяем касательные напряжения:

Определяем отношение:

Определяем запас прочности при кручении:

Определяем запас прочности при совместном действии напряжений изгиба и кручения:

Условия прочности выполняются.

17 . Расчет шпоночных соединений

Материал шпонок - сталь 45 нормализованная. Используем призматические шпонки со скруглёнными торцами по ГОСТ 23360-78.

Напряжения смятия:

Согласно , допускаемое напряжение смятия при стальной ступице = 120 - 140 МПа, и при чугунной = 60 - 80 МПа.

Быстроходный вал:

d ХВ = 32 мм; b = 10 мм; h = 8 мм; t 1 = 5 мм; l ШП = 70 мм; Т Б = 119500 Н мм; чг = 60 - 80 МПа.

Тихоходный вал.

Шпонка зубчатого колеса:

d В = 56 мм; b = 16 мм; h = 10 мм; t 1 = 6 мм; l ШП =90 мм; Т Т =315150 Н мм; = 100 МПа (материал колеса - сталь 45).

Шпонка муфты:

d ХВ = 40 мм; b = 12 мм; h = 8 мм; t 1 = 5 мм; l ШП =80 мм; Т Т =315150 Н мм; чг = 60…80 МПа.

Условия прочности соблюдаются.

Список литературы

1. П.Ф.Дунаев, О.П.Леликов. Конструирование узлов и деталей машин. М.: Издательский центр «Академия», 2003. - 496 с. ISBN 5-7695-1041-2 2. Курсовое проектирование деталей машин: учебное пособие/ Под ред. С.А.Чернавского. - М.: ООО ТИД «Альянс», 2005. - 416 с.

3. Иванов. М.Н. Учеб. для студентов втузов/Под ред. В. А. Финогенова. - 6-е изд., перераб. - М.: Высш. школа., 2000. - 383 с.: ил. ISBN 5-06-003537-9

4. Логин В.В. Расчет механического привода. Методические указания. - М.МИИТ, 1997 - 108 с.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Расчет одноступенчатого горизонтального цилиндрического редуктора с шевронной передачей. Выбор привода, определение кинематических и энергосиловых параметров двигателя. Расчет зубчатой передачи, валов, ременной передачи. Конструирование корпуса редуктора.

курсовая работа , добавлен 19.02.2015


Конструкция зубчатого колеса и червячного колеса. Кинематический расчет привода, выбор электродвигателя, определение передаточных чисел, разбивка по ступеням. Расчет прямозубой цилиндрической передачи. Проверочный расчет подшипников тихоходного вала.

курсовая работа , добавлен 22.07.2015


Расчет цилиндрического редуктора с косозубыми зубчатыми колесами. Привод редуктора осуществляется электродвигателем через ременную передачу. Кинематический расчет привода. Расчет ременной передачи. Расчет тихоходной цилиндрической зубчатой передачи.

курсовая работа , добавлен 09.01.2009


Кинематический и силовой расчет привода. Расчет зубчатых колес редуктора. Предварительный расчет валов редуктора. Конструктивные размеры корпуса редуктора, шестерни, колеса. Первый этап компоновки редуктора. Проверка прочности шпоночных соединений.

курсовая работа , добавлен 17.05.2012


Энергетический и кинематический расчёт привода. Клиноременная и зубчатая передачи, выбор электродвигателя. Конструирование основных деталей зубчатого редуктора. Расчет валов на статическую и усталостную прочность. Проверка долговечности подшипников.

курсовая работа , добавлен 08.03.2009


Силовой и кинематический расчет привода. Расчет закрытой зубчатой с цилиндрическими косозубыми колёсами и открытой ременной передач. Выбор смазочных материалов для передач и подшипников. Обоснование посадок и квалитетов точности для сопряжения привода.

курсовая работа , добавлен 14.04.2012


Разработка конструкции одноступенчатого цилиндрического редуктора привода галтовочного барабана для снятия заусенцев после штамповки. Энергетический, кинематический и силовой расчеты привода, валов. Эскизная компоновка редуктора, проверочный расчет.

курсовая работа , добавлен 27.06.2011


курсовая работа , добавлен 09.05.2011


Кинематический расчет привода электродвигателя. Расчет цепной и зубчатой передач, их достоинства. Выбор и расчет муфты: определение смятия упругого элемента и пальцев муфты на изгиб. Конструирование рамы привода, крепления редуктора к ней. Расчет шпонок.

курсовая работа , добавлен 15.01.2014


Выбор типа ковшей, способов их загрузки и разгрузки, определение конструктивно-кинематических параметров элеватора. Выбор натяжного устройства и типоразмера тягового органа. Кинематический расчет привода. Конструирование корпуса элеватора и рамы привода.

В.В. Коробков

Детали машин
и основы конструирования
(Курс лекций)

Новосибирск

УДК 621.81

Правообладатели

Автором настоящего учебного пособия является доцент кафедры общетехнических дисциплин НВВКУ, служащий РА В.В. Коробков, инженер-механик, к.т.н., доцент, бронзовый медалист ВДНХ СССР, изобретатель СССР.

Мультимедиа продукт «Детали машин и основы конструирования» © 2006, созданный Новосибирским высшим военным командным училищем (военным институтом), г. Новосибирск, защищен российским и международным законодательством в области авторских прав и интеллектуальной собственности.

Не допускается копировать с коммерческой целью настоящий мультимедийный продукт или какие-либо его части, продавать, сдавать в аренду или в прокат, перепроектировать, перекомпилировать, дизассемблировать, изменять, дополнять и модифицировать, а также создавать производные продукта без письменного согласия правообладателей.

Инструкция

1. 
   Для выбора отдельной лекции подвести курсор снизу к её цветному названию в Содержании (стр. 3) и, удерживая клавишу (при этом курсор примет форму руки с вытянутым указательным пальцем), нажать левую клавишу мыши.
2. 
   В конце каждой лекции, после списка контрольных вопросов, имеется значок <  >, нажатие на который аналогично предыдущему возвращает Вас на страницу « с одержание».
3. 
   Передвижение по тексту внутри лекции осуществляется обычным для редактора Word способом (скроллинг с правой стороны страницы; клавиши < Page Up > и < Page Down >; <  > и <  >).

^

Предисловие

Тема 1. Общие сведения о деталях машин

Лекция № 1. Общие сведения о деталях машин

Тема 2. Механические передачи

Лекция № 2. Ремённые передачи

^

Лекция № 3. Цепные передачи

Лекция № 4. Общие сведения о зубчатых передачах

Лекция № 5. Цилиндрические и конические зубчатые передачи

Лекция № 6. Червячные передачи

^

Лекция № 7. Червячные передачи (продолжение)

Лекция № 8. Планетарные и волновые передачи

Тема 3. Валы и подшипники

Лекция № 9. Валы и оси

Лекция № 10. Подшипники скольжения

Лекция № 11. Подшипники качения

^

Тема 4. Соединения деталей

Лекция № 12. Неразъёмные соединения

Лекция № 13. Резьбовые соединения

Лекция № 14. Разъёмные соединения
для передачи крутящего момента

^

Тема 5. Корпусные детали механизмов,
смазочные и уплотняющие устройства

Лекция № 15. Корпусные детали,
смазочные и уплотняющие устройства

Тема 6. Муфты механических приводов

Лекция № 16. Механические муфты

Тема 7. Упругие элементы машин

^

Лекция № 17. Упругие элементы машин

Приложение 1. Основные понятия о допусках и посадках

Приложение 2. Система отверстия (Поля допусков)

Предисловие

Настоящее издание курса лекций представляет собой учебное пособие по учебному курсу «Детали машин и основы конструирования», читаемому в Новосибирском высшем военном командном училище (военном институте)  НВВКУ.

Курс лекций нацелен на формирование базовых знаний, необходимых курсантам для успешного последующего изучения многоцелевых гусеничных и колесных машин, их конструкции и рабочих процессов, происходящих в них при обычных и экстремальных условиях. В свою очередь, Курс лекций базируется на знаниях, полученных курсантами при изучении естественнонаучных и общепрофессиональных дисциплин: высшей математики, физики, теоретической механики, теории механизмов и машин, инженерной графики, сопротивления материалов, материаловедения, а также общего устройства боевых машин и принципов работы основных систем, механизмов и узлов.

Учебное пособие имеет в основном военно-прикладную направленность. При изложении учебного материала даются ссылки на примеры применения изучаемых типовых изделий в многоцелевых гусеничных и колесных машинах, средствах технического обслуживания и паркового оборудования.

В лекциях изложена основная часть теоретического материала. Они отражают состояние вопроса в целом, содержат классификацию и обобщения, систематизирующие знания обучаемых, а также включают конкретные сведения и указания, направленные на решение практических задач. Расчётная часть максимально приспособлена к использованию современных вычислительных средств, табличные данные в основном заменены эмпирическими регрессионными формулами, имеющими высокую степень корреляции (как правило не ниже 0,9) и легко решаемыми с применением инженерных калькуляторов. Из выводов расчетных зависимостей исключены громоздкие математические преобразования, а расчетные схемы и формулы представлены в виде, удобном для вычислений. Основное внимание обращается на физический смысл и размерность входящих в зависимость величин, а также на выбор основных параметров и расчетных коэффициентов.


^

Тема 1. общие сведения о деталях машин

Лекция № 1. общие сведения о деталях машин

Вопросы, изложенные в лекции:

1. 
   
2. 
   Общие сведения о деталях машин. Требования к деталям машин.
3. 
   
4. 
   

Предмет и дисциплина «Детали машин».
^ Детали машин - прикладная научная дисциплина, изучающая общеинженерные методы проектирования (расчета и конструирования) элементов машин и механизмов. Изучение машин и их проектирование базируется на известных фундаментальных законах природы.

Курс « д етали машин и основы конструирования» является заверша-ющим в общеинженерной подготовке курсантов высших общевойсковых и танковых командных институтов.

Цель курса - создать теоретическую базу для последующего изучения конструкции многоцелевых гусеничных и колесных машин (МГКМ), их эксплуатации и ремонта с учетом критериев работоспособности, надежно-сти и технологичности.

Задача курса - изучение типовых конструкций элементов механизмов общепромышленного и военного применения, основных принципов их ра-боты и методов проектирования, включая расчет параметров и конструк-тивные особенности. В результате изучения дисциплины курсанты должны:

^ Иметь представление:

о принципах проектирования деталей и узлов боевых машин и авто-мобилей;

о влиянии материалов и технологичности конструкций на эффектив-ность и эксплуатационные качества БМП и БТР.

Знать:

характерные виды разрушения и основные критерии работоспособ-ности узлов и агрегатов БМП и БТР.

Уметь:

производить оценку работоспособности механизмов бронетанкового вооружения, выполнять расчеты при проектировании типовых деталей и узлов ВВТ;

оценивать достоинства и недостатки конструкции узлов и агрега-тов боевых машин;

конструировать узлы и агрегаты боевых машин.

Внимательный анализ состава самых различных машин (транспорт-ных, военных, сельскохозяйственных, технологических и т.п.) показывает, что все они включают значительное количество однотипных деталей узлов и механизмов. По этой причине курс деталей машин посвящен изучению наиболее общих элементов машин, способов их расчета и конструирования. Это, в свою очередь, обусловливает важность данного курса не только в свете прикладного применения, но также и с точки зрения развития техни-ческой культуры будущего офицера, поскольку техническая культура - это одна из многочисленных граней общечеловеческой культуры.

Объем курса составляет 180 часов; из них учебных занятий с преподавателем (аудиторных) 116 часов - лекций 32 часа, практических, лабораторных и самостоятельных занятий под руководством преподавателя 84 часа, включая 36 часов курсового проектирования.

Литература для изучения:

1. 
   Детали машин и подъемное оборудование: Учеб. пособие для выс-ших общевойсковых и танковых училищ /Мельников Г.И., Леоненок Ю.В. и др. - М.: Воениздат, 1980. - 376 с.
2. 
   Гузенков П.Г. Детали машин: Учеб. пособие для студентов втузов.- 3-е изд., перераб. и доп.- М.: Высш. школа, 1982.- 351 с.
3. 
   Куклин Н.Г. и др. Детали машин: Учебник для техникумов / Н.Г. Куклин, Г.С. Куклина, В.К. Житков. – 5-е изд., перераб. и допол. – М.: Илекса, 1999.- 392 с.
4. 
   Иванов М.Н. Детали машин: Учеб. для вузов. - М.: Высшая школа, 1991. - 383 с.
5. 
   Соловьев В.И. и др. Курсовое проектирование деталей машин. Методич. рекомендации / В.И. Соловьев, В.В. Коробков, Л.П. Соловьева, И.С. Кацман. изд. 2-е. - Новосибирск: НВОКУ, 1995. - 151 с.
6. 
   Соловьева Л.П., Соловьев В.И. Курсовое проектирование деталей машин: Учебно-справ. пособие. - Новосибирск: НВОКУ, 1994. - 56 с.
7. 
   Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин: Учеб. пособие. - М.: Высшая школа, 1991. - 432 с.

Общие сведения о деталях машин. Требования к
деталям машин.
Основные определения.

^ Машина (от латинского machina ) - механическое устройство, выполняющее движения с целью преобразования энергии, материалов или информации.

Основное назначение машин - частичная или полная замена производ-ственных функций человека с целью повышения производительности, облегчения человеческого труда или замены человека в недопустимых для него условиях работы.

В зависимости от выполняемых функций машины делятся на энерге-тические, рабочие (транспортные, технологические, транспортирующие), информационные (вычислительные, шифровальные, телеграфные и т.п.), машины-автоматы, сочетающие в себе функции нескольких видов машин, включая информационные.

Агрегат (от латинского aggrego - присоединяю)- укрупненный унифи-цированный элемент машины (например, в автомобиле: двигатель, топли-воподающий насос), обладающий полной взаимозаменяемостью и выполня-ющий определенные функции в процессе работы машины.

Механизм - искусственно созданная система материальных тел, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемое (необходимое) движение других тел.

Прибор - устройство, предназначенное для измерений, производ-ственного контроля, управления, регулирования и других функций, связан-ных с получением, преобразованием и передачей информации.

^ Сборочная единица (узел) - изделие или часть его (часть машины), составные части которого подлежат соединению между собой (собира-ются) на предприятии изготовителе (смежном предприятии). Сборочная единица имеет, как правило, определенное функциональное назначение.

Деталь - наименьшая неделимая (не разбираемая) часть машины, агрегата, механизма, прибора, узла.

Сборочные единицы (узлы) и детали делятся на узлы и детали общего и специального назначения.

Узлы и детали общего назначения применяются в большинстве совре-менных машин и приборов (крепежные детали: болты, винты, гайки, шай-бы; зубчатые колеса, подшипники качения и т.п.). Именно такие детали изу-чаются в курсе деталей машин.

К узлам и деталям специального назначения относятся такие узлы и детали, которые входят в состав одного или нескольких типов машин и при-боров (например, поршни и шатуны ДВС, лопатки турбин газотурбинных двигателей, траки гусениц тракторов, танков и БМП) и изучаются в соответ-ствующих специальных курсах (например, таких как "Теория и конструкция ДВС", "Конструкция и расчет гусеничных машин" и др.).

В зависимости от сложности изготовления детали, в свою очередь, делятся на простые и сложные. Простые детали для своего изготовления требуют небольшого числа уже известных и хорошо освоенных технологи-ческих операций и изготавливаются при массовом производстве на станках-автоматах (например, крепежные изделия - болты, винты, гайки, шайбы, шплинты; зубчатые колеса небольших размеров и т.п.). Сложные детали имеют чаще всего достаточно сложную конфигурацию, а при их изго-товлении применяются достаточно сложные технологические операции и используется значительный объем ручного труда, для выполнения которого в последние годы все чаще применяются роботы (например, при сборке-сварке кузовов легковых автомобилей).

По функциональному назначению узлы и детали делятся на:

1.Корпусные детали, предназначенные для размещения и фиксации подвижных деталей механизма, для их защиты от действия неблагоприят-ных факторов внешней среды, а также для крепления механизмов в составе машин и агрегатов. Часто, кроме того, корпусные детали используются для хранения эксплуатационного запаса смазочных материалов.

2. Соединительные для разъемного и неразъемного соединения (на-пример, муфты – устройства для соединения вращающихся валов; болты винты шпильки гайки – детали для разъемных соединений; заклепки – детали для неразъемного соединения).

3. Передаточные механизмы и детали, предназначенные для пере-дачи энергии и движения от источника (двигателя) к потребителю (испол-нительному механизму), выполняющему необходимую полезную работу.

В курсе деталей машин рассматриваются в основном передачи вращательного движения: фрикционные, зубчатые, ременные, цепные и т.п. Эти передачи содержат большое число деталей вращения: валы, шкивы, зубчатые колеса и т.п.

Иногда возникает необходимость передавать энергию и движение с преобразованием последнего. В этом случае используются кулачковые и рычажные механизмы.

4. Упругие элементы предназначены для ослабления ударов и вибра-ции или для накопления энергии с целью последующего совершения меха-нической работы (рессоры колесных машин, противооткатные устройства пушек, боевая пружина стрелкового оружия).

5. Инерционные детали и элементы предназначены для предотвра-щения или ослабления колебаний (в линейном или вращательном движе-ниях) за счет накопления и последующей отдачи кинетической энергии (ма-ховики, противовесы, маятники, бабы, шаботы).

6. Защитные детали и уплотнения предназначены для защиты внут-ренних полостей узлов и агрегатов от действия неблагоприятных факторов внешней среды и от вытекания смазочных материалов из этих полостей (пы-левики, сальники, крышки, рубашки и т.п.).

7. Детали и узлы регулирования и управления предназначены для воздействия на агрегаты и механизмы с целью изменения их режима работы или его поддержания на оптимальном уровне (тяги, рычаги, тросы и т.п.).

Основными требованиями, предъявляемыми к деталям машин, явля-ются требования работоспособности и надежности . К деталям, непосред-ственно контактирующим с человеком-оператором (ручки и рычаги управления, элементы кабин машины, приборные щитки и т.п.), кроме названных предъявляются требования эргономичности и эстетичности .

Работоспособность и надежность изделий.
Работоспособность - состояние изделия, при котором в данный момент времени его ос-новные параметры находятся в пределах, уста-новленных требованиями нормативно-технической документации и необходимых для выполнения его функциональной задачи .

Работоспособность количественно оценивается следующими показа-телями:

1 . Прочность - способность детали выдерживать заданные нагрузки в течение заданного срока без нарушения работоспособности.

2. Жесткость - способность детали выдерживать заданные нагрузки без изменения формы и размеров.

3. Износостойкость - способность детали сопротивляться изнаши-ванию.

4. Стойкость к специальным воздействиям - способность детали сохранять работоспособное состояние при проявлении специальных воз-действий (теплостойкость, вибростойкость, радиационная стойкость, кор-розионная стойкость и т.п.).

Неработоспособное состояние наступает вследствие отказа.

Отказ - событие, нарушающее работоспособность. Отказы делятся на постепенные и внезапные; полные и частичные; устранимые и неустра-нимые.

Надежность - свойство изделия выполнять заданные функции, сох-раняя свои показатели в пределах, установленных требованиями норма-тивно-технической документации, при соблюдении заданных условий ис-пользования, обслуживания, ремонта и транспортирования .

Свойство надежности количественно оценивается следующими пока-зателями: наработкой на отказ (среднее время работы изделия между двумя, соседними по времени отказами), коэффициентом готовности или коэффициентом технического использования (отношение времени работы изделия к сумме времен работы, обслуживания и ремонта в течение задан-ного срока эксплуатации), вероятностью безотказной работы и некото-рыми другими.

Проектирование и расчет типовых изделий.
Проектирование изделия – разработ-ка комплекта документации, необходимой для его изготовления, наладки и эксплуата-ции в заданных условиях и в течение заданного срока.

Такой комплект технической документации включает:

1. Комплект конструкторской документации (регламентируется комплексом стандартов ЕСКД).

2. Комплект технологической документации (регламентируется комплексом стандартов ЕСТД).

3. Комплект эксплуатационной документации (регламентируется комплексом стандартов ЕСКД). Последний включает формуляры, техни-ческие описания, инструкции по эксплуатации, инструкции по техничес-кому обслуживанию, плакаты, макеты и т.п.

4. Комплект ремонтной документации - ремонтные карты, ремонтно-технологические документы и т.п.

При проектировании решаются следующие основные задачи:

1. Обеспечение заданных параметров изделия для работы в заданных условиях.

2. Обеспечение минимальных затрат на производство заданного коли-чества изделий при сохранении заданных эксплуатационных параметров для каждого выпущенного изделия.

3. Сведение к минимуму эксплуатационных затрат при сохранении заданных эксплуатационных параметров изделия.

При решении каждой из основных задач приходится находить реше-ние целого ряда частных задач на разных этапах проектирования. При этом различные требования к изделию зачастую вступают в противоречие между собой. Искусство конструктора как раз и состоит в том, чтобы принять решение, максимизирующее положительный эффект от разрабатываемого изделия.

Процесс проектирования изделия состоит из многих этапов (состав-ление технического задания, расчет, конструирование, изготовление и испытание опытных образцов, разработка технологической документации, разработка эксплуатационной документации и т.п.), одними из главных среди которых являются расчет и конструирование.

В машиностроении основным является расчет деталей на прочность, который обычно выполняется в двух вариантах: 1) проектный расчет , и 2) проверочный расчет .

Целью проектного расчета является установление необходимых раз-меров узлов и деталей, соответствующих заданным нагрузкам и условиям работы. В этом случае расчет выполняется исходя из основного условия прочности:

p <[ p ] , (1.1)

где р - наиболее опасные напряжения (нормальные, изгибающие, касательные или контактные) из действующих в детали, а [р] - напряжения того же вида, допускаемые для материала, из которого планируется изготав-ливать деталь. Допускаемые напряжения для материала детали определяют как результат деления предельных для данного материала напряжений на выбранный (или заданный нормативной документацией) коэффициент запаса прочности:

, (1.2)

где под предельным напряжением p l в зависимости от условий работы детали понимается чаще всего либо предел прочности р в ( в или  в ), либо предел текучести р т (  т или  т ), либо предел выносливости р r (  r или  r ); в частном случае это может быть предел выносливости при симметричном цикле нагружения р -1 (  -1 или  -1 ). При этом допускаемый коэффициент запаса назначается либо нормативными документами (международные и государственные стандарты, ведомственные нормали и правила), либо из условия безотказной работы изделия в течение заданного нормативного срока его эксплуатации (указывается в техническом задании на разрабатываемое изделие).

Проверочный расчет в зависимости от поставленной задачи обычно выполняется в одном из двух вариантов: 1) определение предельно допустимых параметров (нагрузки, деформации, температуры нагрева и т.п.) в критической ситуации или 2) определение параметров, явившихся причиной разрушения детали, в процессе экспертизы аварий и катстроф. Проверочный расчет выполняется, исходя из условия

, (1.3)

где p – действующий параметр; p n – предельный параметр. Или же при проверочном расчете определяется действующий (фактический) коэффициент запаса по проверяемому параметру:

(1.4)

Для нормально работающей детали величина нормативного и фактического коэффициентов запаса обычно больше единицы, а фактический коэффициент запаса по величине больше нормативного.

В первой части лекции кратко очерчен круг вопросов, исследуемых прикладной научной дисциплиной «Детали машин», представлены объем, цели и задачи учебного курса « д

Во второй ее части определены основные элементы машин, изложены главные требования к ним и даны основные понятия и определения, касающиеся эксплуатационных качеств изделий (машин, механизмов и приборов).

Третья часть лекции раскрывает смысл и содержание понятия «проектирование». Здесь же представлены базовые положения расчета типовых изделий.

Материал настоящей лекции служит основой при изучении всех последующих разделов курса « д етали машин и основы конструирования».

Вопросы для самоконтроля:

1. 
   Каков круг вопросов, исследуемых научной дисциплиной «Детали машин»?
2. 
   Почему эту дисциплину называют прикладной научной дисциплиной?
3. 
   Что изучается в курсе «Детали машин и основы конструирования»?
4. 
   Что понимается в деталях машин под термином «машина», в чем ее назначение?
5. 
   Какие виды машин Вы можете назвать в зависимости от их функционального назначения?
6. 
   Какие элементы машин вы знаете?
7. 
   В чем разница между механизмом и прибором?
8. 
   Может ли быть агрегат механизмом или механизм агрегатом? В чем заключается разница между ними?
9. 
   Чем отличается сборочная единица от механизма и агрегата?
10. 
    Назовите основные отличительные особенности детали. Приведите примеры.
11. 
    Назовите основные отличительные особенности агрегата. Приведите примеры.
12. 
    Какие функции могут выполнять узлы и детали в машине?
13. 
    Какие основные требования, предъявляемые к элементам машин?
14. 
    Что понимается под термином «работоспособность»? Какими показателями она характеризуется?
15. 
    Какое событие нарушает работоспособность?
16. 
    Что понимается под термином «надежность»? Какими показателями она характеризуется?
17. 
    Что понимается под термином «проектирование изделия»?
18. 
    Наличие каких комплектов документации позволяет утверждать, что проектирование изделия выполнено полностью?
19. 
    Какие основные задачи решаются в процессе проектирования?
20. 
    Назовите главный вид расчета деталей, выполняемый в процессе проектирования?
21. 
    В чем разница между проектным и проверочным расчетом? Какие критерии используются при этих видах расчета?